全壽命周期裝備綜合保障信息化框架研究

胥永康，吳家菊，楊永輝，潘澤友

(中國工程物理研究院計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所， 四川綿陽621999)

0 引言

隨著裝備系統(tǒng)的復(fù)雜化，裝備保障已經(jīng)成為影響戰(zhàn)斗力的重要因素，各國軍隊(duì)已將其作為裝備保障性來要求，與作戰(zhàn)性能居于同等重要的地位，已經(jīng)成為制約裝備系統(tǒng)發(fā)展和影響壽命周期費(fèi)用的重要因素。為了滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭對裝備戰(zhàn)損和裝備故障的高效響應(yīng)以及迅速恢復(fù)戰(zhàn)斗力的要求，裝備保障性必須從裝備設(shè)計(jì)階段同步展開，并且一直到裝備使用階段持續(xù)改善，貫穿裝備全壽命周期的整個(gè)過程。裝備綜合保障是在裝備系統(tǒng)的研制過程中綜合考慮保障問題，使保障影響設(shè)計(jì)，并在裝備部署使用的同時(shí)，以最低費(fèi)用提供與裝備相互匹配的保障資源，建立保障系統(tǒng)，滿足平時(shí)和戰(zhàn)備任務(wù)要求所進(jìn)行的一系列技術(shù)與管理活動(dòng)［1-2］。

從20世紀(jì)80年代開始，美軍在F-18飛機(jī)研制中引入保障性設(shè)計(jì)，隨后美軍研制的新型武器B-2轟炸機(jī)、SSN-21核攻擊潛艇以及F-22戰(zhàn)斗機(jī)，從設(shè)計(jì)開始就強(qiáng)調(diào)保障性設(shè)計(jì)與分析，將保障設(shè)計(jì)與武器裝備的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)過程進(jìn)行綜合，以保證武器系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性目標(biāo)［3］。發(fā)達(dá)國家的綜合保障技術(shù)手段走過了一個(gè)較長的發(fā)展過程，目前已經(jīng)逐步采用信息化和數(shù)字化的綜合保障平臺(tái)實(shí)現(xiàn)裝備的綜合保障設(shè)計(jì)和規(guī)劃。國內(nèi)從20世紀(jì)80年代開始由軍方率先引入綜合后勤保障概念，翻譯了大量綜合保障資料，2000年后逐步引入了交互式電子手冊，保障性分析、綜合保障管理等軟件，形成了相關(guān)國標(biāo)、國軍標(biāo)，目前主要聚焦在裝備綜合保障具體業(yè)務(wù)領(lǐng)域的相關(guān)數(shù)字化支撐，尚未開展裝備綜合保障一體化管理。歐美國家早在20世紀(jì)90年代就通過仿真技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)、交互式電子手冊技術(shù)等實(shí)現(xiàn)裝備的保障產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)、保障方案的設(shè)計(jì)與評(píng)估、使用維修、備件、保障信息管理等裝備綜合保障一體化管理。基于EAGLE、ASENT、MMIS、AIMSS、Arbortext、Relex 等軟件支撐的數(shù)字化綜合保障平臺(tái)已經(jīng)在美軍進(jìn)行大量應(yīng)用。

1 裝備綜合保障業(yè)務(wù)內(nèi)涵

面向全壽命周期的裝備綜合保障是圍繞裝備設(shè)計(jì)和保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)這兩條主線進(jìn)行的，其間的橋梁是保障性分析工作，裝備全壽命周期過程中主要包含要求提出方、承制方、裝備使用方等三類角色，如圖1所示。

圖1 面向全壽命周期的裝備綜合保障業(yè)務(wù)內(nèi)涵

裝備綜合保障業(yè)務(wù)包括開展裝備的保障性設(shè)計(jì)，即全面開展裝備的可靠性、維修性、測試性、保障性和安全性等通用特性的分析和設(shè)計(jì);確定裝備的保障方案及保障資源，需要可靠性工程師、維修性工程師與保障工程師之間的密切協(xié)作，通過保障性分析來完成;提供所要求的保障，包括制訂采購和補(bǔ)給方案，提供各種備件、文件、地面保障設(shè)備及培訓(xùn)等［4］。裝備綜合保障工作貫穿于論證、方案、工程設(shè)計(jì)與研制、生產(chǎn)、使用及退役等壽命周期的各個(gè)階段。

2 裝備綜合保障信息化目標(biāo)

開展裝備綜合保障工作僅僅依靠管理和重視是不夠的，還需要專業(yè)的管理平臺(tái)及軟件工具作為支撐。面向裝備全壽命周期的裝備綜合保障信息化目標(biāo)就是從裝備全壽命周期信息無紙化入手，逐步建立裝備綜合保障平臺(tái)，營造集成數(shù)據(jù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)裝備全壽命周期信息的數(shù)字化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化與集成化，實(shí)現(xiàn)裝備的論證、設(shè)計(jì)分析、制造、使用、維修及退役全壽命周期相關(guān)各設(shè)計(jì)院所、生產(chǎn)單位、部隊(duì)、基地倉庫及配套供應(yīng)商協(xié)同一體化保障，最終達(dá)到通過全壽命周期裝備綜合保障信息化工作的開展提升裝備保障性能的目標(biāo)。數(shù)字化綜合保障平臺(tái)主要包括保障性設(shè)計(jì)、保障分析、保障方案、保障應(yīng)用、技術(shù)支持及保障管理幾個(gè)方面的內(nèi)容，其中保障管理涵蓋裝備的全壽命期的各個(gè)階段及相關(guān)部門。面向全壽命周期的裝備綜合保障信息化目標(biāo)，如圖2所示。

圖2 面向全壽命周期的裝備綜合保障信息化目標(biāo)

裝備綜合保障貫穿于裝備的論證、設(shè)計(jì)、制造、交付、運(yùn)行與維修、庫存及退役等全壽命周期，在各階段與裝備研制相互關(guān)系、相互制約、相互促進(jìn)。裝備綜合保障核心數(shù)據(jù)分為產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)和產(chǎn)品保障數(shù)據(jù)，產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)包括工程圖樣、設(shè)計(jì)規(guī)范、技術(shù)報(bào)告、分析與試驗(yàn)數(shù)據(jù)等，產(chǎn)品保障數(shù)據(jù)包括產(chǎn)品檔案數(shù)據(jù)、可靠性與維修性數(shù)據(jù)、使用與維修手冊、供應(yīng)與維修數(shù)據(jù)、保障性分析記錄及各保障要素?cái)?shù)據(jù)等。在裝備全壽命周期的不同階段，裝備綜合保障各設(shè)計(jì)院所、生產(chǎn)單位、部隊(duì)、基地倉庫及配套供應(yīng)商對這些數(shù)據(jù)存在各不相同的使用需求。

3 裝備綜合保障信息化框架

根據(jù)面向全壽命周期的裝備綜合保障的業(yè)務(wù)內(nèi)涵和信息化目標(biāo)，面向全壽命周期的裝備綜合保障信息化框架主要包含綜合保障平臺(tái)、數(shù)字化研發(fā)和制造平臺(tái)、綜合保障門戶系統(tǒng)、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系和基礎(chǔ)支撐平臺(tái)等。綜合保障平臺(tái)由保障設(shè)計(jì)分析及方案、綜合保障管理及技術(shù)支持、遠(yuǎn)程應(yīng)用等三層組成，并將相關(guān)綜合保障信息推送到綜合保障門戶系統(tǒng)。數(shù)字化研發(fā)平臺(tái)和數(shù)字化制造平臺(tái)為綜合保障平臺(tái)提供相應(yīng)的設(shè)計(jì)和制造數(shù)據(jù)，綜合保障平臺(tái)反饋保障分析數(shù)據(jù)便于開展設(shè)計(jì)制造優(yōu)化工作?；A(chǔ)支撐體系從業(yè)務(wù)集成平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心及硬件支撐平臺(tái)等三個(gè)方面支撐綜合保障平臺(tái)，通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、信息安全體系、運(yùn)維管理體系保障綜合保障工作的規(guī)范、安全和高效。面向全壽命周期的裝備綜合保障信息化框架，如圖3所示。

圖3 裝備綜合保障信息化框架

3.1 保障設(shè)計(jì)分析及方案

保障設(shè)計(jì)分析及方案主要由裝備研制方使用，主要包括保障設(shè)計(jì)系統(tǒng)、保障分析系統(tǒng)及保障方案系統(tǒng)。保障設(shè)計(jì)系統(tǒng)將綜合保障指標(biāo)要求分解為裝備五性頂層要求，開展裝備五性協(xié)同設(shè)計(jì)將五性指標(biāo)分配、設(shè)計(jì)到裝備各級(jí)組件中，從而實(shí)現(xiàn)對裝備可靠性、維修性、測試性、保障性和安全性的設(shè)計(jì)和分析。保障分析系統(tǒng)從可靠性分析、維修性分析、測試性分析、保障性分析、安全性分析、故障模式影響及危害性分析、以可靠性為中心的維修分析、使用及維修工作分析、修理級(jí)別分析、全壽命周期費(fèi)用分析、故障分析等方面進(jìn)行保障分析，提供保障設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)證，將設(shè)計(jì)、分析、驗(yàn)證結(jié)果存入全壽命周期數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)與綜合保障設(shè)計(jì)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換。保障方案系統(tǒng)根據(jù)保障性設(shè)計(jì)系統(tǒng)及保障性分析系統(tǒng)的結(jié)論制定裝備出廠配置方案、裝備維修方案、裝備維護(hù)保養(yǎng)方案、備件備品供應(yīng)方案、裝備培訓(xùn)方案等保障方案，并將保障方案數(shù)據(jù)反饋給保障性分析系統(tǒng)進(jìn)行分析，依據(jù)分析結(jié)論進(jìn)行方案調(diào)整和優(yōu)化，調(diào)整優(yōu)化后的保障方案作為裝備保障的依據(jù)，依據(jù)保障方案進(jìn)行裝備保障管理。

3.2 綜合保障管理及技術(shù)支持

綜合保障管理及技術(shù)支持分為綜合保障管理和外場技術(shù)支持兩部分，裝備交付前的綜合保障管理由裝備研制方使用，裝備交付后的綜合保障管理則由裝備使用方使用，外場技術(shù)支持由裝備使用方使用。

綜合保障管理包括交付綜合發(fā)布系統(tǒng)、武器信息系統(tǒng)、保障資源信息系統(tǒng)、裝備使用導(dǎo)航系統(tǒng)、日常管理系統(tǒng)、庫存管理系統(tǒng)、維護(hù)保養(yǎng)系統(tǒng)、包裝拆卸系統(tǒng)、維修系統(tǒng)、訓(xùn)練系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、故障系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)、裝備供應(yīng)系統(tǒng)、技術(shù)狀態(tài)管理系統(tǒng)、質(zhì)量評(píng)估需求跟蹤系統(tǒng)、重大發(fā)現(xiàn)研究系統(tǒng)等系統(tǒng)。綜合保障管理提供交付產(chǎn)品的交付過程、交付資料等管理，采用IETM技術(shù)完成0～5級(jí)交互式電子手冊的制作、發(fā)布、出版;提供武器裝備通用信息、專有信息、隨裝附屬資料、儀器設(shè)備、工具、備件及履歷等信息管理;提供武器裝備保障資源信息管理;提供裝備供應(yīng)計(jì)劃、供應(yīng)品及其分類、供應(yīng)商的管理，通過準(zhǔn)確確定供應(yīng)品范圍和定額、縮短平均后勤延誤時(shí)間(MLDT)、及時(shí)保障維修等提高裝備使用可用性;提供涵蓋維修、保養(yǎng)、訓(xùn)練、裝配等使用場景的裝備使用導(dǎo)航管理;提供裝備交付前及交付后的日常信息管理，包括有關(guān)人員和日常任務(wù)等;提供裝備交付前及交付后的庫存管理，包括存儲(chǔ)狀態(tài)、倉庫、貨位、出庫、入庫、調(diào)撥等;提供裝備交付前及交付后的維護(hù)保養(yǎng)信息管理，包括維修保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)程、計(jì)劃、方案、實(shí)施過程、人員等;提供裝備交付前及交付后包裝信息管理，包括包裝拆卸標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)程、包裝情況、裝備組裝情況、拆卸情況等;提供裝備維修計(jì)劃、維修實(shí)施過程等信息管理;提供裝備訓(xùn)練計(jì)劃、訓(xùn)練實(shí)施過程等信息管理;提供裝備儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用等場景下環(huán)境監(jiān)測信息、監(jiān)測配置和電子監(jiān)測信息管理;提供裝備技術(shù)狀態(tài)管理和裝備需求指標(biāo)變化情況跟蹤管理，評(píng)估裝備技術(shù)狀態(tài)是否發(fā)生變化;提供裝備使用運(yùn)維過程中問題記載和問題跟蹤研究等管理。

外場技術(shù)支持包括技術(shù)資料管理系統(tǒng)、故障管理系統(tǒng)、專家知識(shí)庫等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)外場所需技術(shù)資料的管理，完成外場發(fā)生的裝備故障閉環(huán)管理，提供故障診斷、維修性分析、維修級(jí)別分析、風(fēng)險(xiǎn)分析、訓(xùn)練培訓(xùn)等所需的專家知識(shí)管理。

3.3 遠(yuǎn)程應(yīng)用

遠(yuǎn)程應(yīng)用主要由裝備使用方使用，遠(yuǎn)程應(yīng)用包括日常維護(hù)、基地現(xiàn)場維修、戰(zhàn)時(shí)搶修、遠(yuǎn)程訓(xùn)練及培訓(xùn)等。為了便于裝備有效性分析評(píng)估、新型號(hào)研究、優(yōu)化設(shè)計(jì)、延壽改進(jìn)等工作的開展，裝備使用方在使用相關(guān)系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)需要反饋到裝備研制方，主要包括現(xiàn)場可靠性評(píng)估數(shù)據(jù)、日常維護(hù)數(shù)據(jù)、基地現(xiàn)場維修數(shù)據(jù)、戰(zhàn)時(shí)搶修數(shù)據(jù)、培訓(xùn)數(shù)據(jù)、訓(xùn)練數(shù)據(jù)、基于IETM的維修工具包的維修經(jīng)驗(yàn)等。

3.4 綜合保障門戶系統(tǒng)

綜合保障門戶系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)裝備綜合保障相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集成，將裝備綜合保障相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的待辦接入，產(chǎn)生待辦事務(wù);實(shí)現(xiàn)各部門信息的統(tǒng)一發(fā)布和展現(xiàn);通過門戶系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)裝備相關(guān)的設(shè)計(jì)院所、生產(chǎn)單位、使用部隊(duì)、基地倉庫、備件供應(yīng)商等的協(xié)作應(yīng)用功能，體現(xiàn)組織層次、數(shù)據(jù)層次及應(yīng)用層次;實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的單點(diǎn)登錄，使日常辦公不用在多個(gè)系統(tǒng)中切換，提高工作效率;采用數(shù)據(jù)抽取技術(shù)、數(shù)據(jù)展現(xiàn)技術(shù)豐富業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息的展現(xiàn)方式，滿足決策層對數(shù)據(jù)的綜合性、及時(shí)性、直觀性需求;同時(shí)建立統(tǒng)一的模型、業(yè)務(wù)元數(shù)據(jù)、信息編碼規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，通過統(tǒng)一的武器裝備綜合保障數(shù)據(jù)庫建設(shè)分布實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，特別是裝備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集。綜合保障門戶系統(tǒng)主要功能包括各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的獨(dú)立登錄、個(gè)性化內(nèi)容定制、多渠道接入、門戶內(nèi)容管理與系統(tǒng)性能維護(hù)、信息集中發(fā)布及展示等功能。

4 實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

面向全壽命周期的裝備綜合保障信息化作為一項(xiàng)綜合性工程，其實(shí)現(xiàn)需要多學(xué)科技術(shù)的綜合、滲透和交叉。

4.1 數(shù)字化技術(shù)

數(shù)字化技術(shù)是信息化的重要技術(shù)之一，數(shù)字化綜合保障己成為裝備保障建設(shè)的必然要求。數(shù)字化技術(shù)主要包括人機(jī)交互式技術(shù)、數(shù)字化故障診斷專家系統(tǒng)服務(wù)技術(shù)、涉密數(shù)據(jù)安全防護(hù)技術(shù)、IETM技術(shù)等。通過數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建安全、可靠、易用的裝備綜合保障軟件平臺(tái)，支撐裝備綜合保障工作的開展，提升保障效率和效能。數(shù)字化技術(shù)在全壽命周期裝備綜合保障中的應(yīng)用是裝備保障技術(shù)的創(chuàng)新，是提高裝備保障綜合效能的基礎(chǔ)，是裝備保障現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。

4.2 仿真技術(shù)

仿真技術(shù)是裝備綜合保障的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，以真實(shí)的作戰(zhàn)與訓(xùn)練任務(wù)需求為輸入，建立任務(wù)仿真模型，對輸入?yún)?shù)進(jìn)行分析計(jì)算，預(yù)測可能的任務(wù)結(jié)果和完成任務(wù)需要的保障。通過仿真技術(shù)對任務(wù)結(jié)果及完成任務(wù)的保障進(jìn)行分析，為備選保障機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)、維修策略、庫存策略等的制定提供決策根據(jù)。多種形式的可視化仿真推演，以逼真的三維模擬環(huán)境，完成裝備綜合保障可行性、適應(yīng)性、風(fēng)險(xiǎn)及效果的評(píng)估與檢驗(yàn)。

4.3 大數(shù)據(jù)技術(shù)

裝備全壽命周期綜合保障過程中勢必會(huì)產(chǎn)生大量繁雜數(shù)據(jù)，不僅數(shù)據(jù)尺寸龐大，而且增長速度快于摩爾定律，超過95%的數(shù)據(jù)都呈現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化狀態(tài)，并且需要長時(shí)間存儲(chǔ)，非熱點(diǎn)數(shù)據(jù)也會(huì)被隨機(jī)訪問，同傳統(tǒng)的基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的核心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式相比有顯著的差異。裝備綜合保障強(qiáng)調(diào)保障的聯(lián)合，著重于不同設(shè)備間的保障設(shè)備、保障資源和保障手段的通用性，要求建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，可以整合現(xiàn)有裝備的保障體系結(jié)構(gòu)，使其更適用于現(xiàn)有裝備的保障需求，并能使將來保障體系的發(fā)展兼容現(xiàn)有系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)新老裝備的共同使用。最終需要建立一個(gè)基于大數(shù)據(jù)的綜合保障公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)來源于裝備全壽命周期各個(gè)階段，該數(shù)據(jù)庫能為各階段提供技術(shù)數(shù)據(jù)支持。

4.4 數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)

裝備綜合保障的重點(diǎn)是保障性分析，數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)是保障性分析的關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，包括數(shù)據(jù)庫技術(shù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、信息檢索技術(shù)、數(shù)據(jù)可視化和模式識(shí)別與人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)抽取技術(shù)、數(shù)據(jù)分析算法、數(shù)據(jù)建模技術(shù)、數(shù)據(jù)展現(xiàn)技術(shù)等。采用數(shù)據(jù)建模技術(shù)對裝備綜合保障領(lǐng)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，依據(jù)常規(guī)數(shù)據(jù)分析算法及裝備的產(chǎn)品特性和數(shù)據(jù)特性設(shè)定特定的分析算法。采用數(shù)字化技術(shù)對裝備綜合保障數(shù)據(jù)模型及分析算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，采用數(shù)據(jù)抽取技術(shù)將裝備綜合保障領(lǐng)域的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效抽取，采用相關(guān)算法進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果采用數(shù)字化展示技術(shù)向決策者、管理用戶、設(shè)計(jì)人員、保障人員等進(jìn)行直觀展示，輔助裝備綜合保障工作開展。數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)是面向?qū)嶋H應(yīng)用的技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金融、銀行、農(nóng)業(yè)、制造業(yè)、零售業(yè)、電信、醫(yī)療衛(wèi)生、教育和生物科學(xué)等領(lǐng)域。在全壽命周期裝備綜合保障中的應(yīng)用數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，將有助于提高保障產(chǎn)品的設(shè)計(jì)性能，制定最合理的保障方案，提升裝備保障管理效率，最終提高裝備的保障性能，從而提升裝備作戰(zhàn)性能。

5 結(jié)束語

裝備保障與作戰(zhàn)性能居于同等重要的地位，裝備保障性必須從裝備設(shè)計(jì)階段同步展開設(shè)計(jì)，并且持續(xù)到裝備使用階段貫穿裝備全壽命周期的整個(gè)過程。本文在分析面向全壽命周期的裝備綜合保障業(yè)務(wù)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，提出了面向全壽命周期的裝備綜合保障信息化目標(biāo)就是要建立裝備綜合保障平臺(tái)，營造集成數(shù)據(jù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)裝備全壽命周期信息的數(shù)字化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化與集成化，最后給出了以裝備綜合保障平臺(tái)為核心的裝備綜合保障信息化框架，并介紹了相關(guān)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)。面向全壽命周期的裝備綜合保障信息化框架，對于促進(jìn)裝備保障信息化建設(shè)具有一定指導(dǎo)作用?；谠摽蚣荛_展信息化建設(shè)，能夠促進(jìn)裝備全壽命周期保障成本有效降低，促進(jìn)裝備研制保障工作一體化展開，促進(jìn)裝備保障質(zhì)量、效率和能力提升。

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